¿Cómo abordan los helicópteros modernos el estado del anillo de vórtice?

Conductor de helicóptero aquí.

No conozco ninguna característica técnica que pueda impedirlo. Sencillamente, el disco debe acelerar el aire hacia abajo para generar sustentación. Si el helicóptero desciende hacia ese aire que acelera hacia abajo, se recicla a través del disco, lo que resulta en una pérdida catastrófica de sustentación.

Las medidas preventivas son:

1. Tenga en cuenta las condiciones de vuelo en las que puede producirse un estado de anillo de vórtice.
2. No vuele en estas condiciones.
3. Ser capaz de reconocer los síntomas del estado de anillo de vórtice.
4. Comprender y practicar la técnica de recuperación correcta, que suele ser volar en cualquier dirección lejos del vórtice.

No soy ingeniero aerodinámico, pero dudo que haya una solución física para esto, y si la hubiera, probablemente ya se habría implementado.

Hay un artículo interesante sobre los peligros en wikipedia .

La táctica de evasión mencionada en ese artículo es evitar descensos rápidos a baja velocidad aerodinámica de avance; esto parecería sensato ya que ahí es donde los rotores estarán expuestos a su propia corriente descendente.

Y la reacción preferida también descrita allí es usar el cíclico para volar hacia adelante, para moverse hacia un aire menos perturbado.

(Escuché que otra causa de la condición es volar en espacios estrechos entre edificios altos, pero desafortunadamente no he podido encontrar una referencia).

Respuesta tardía, pero quería llamar la atención sobre este excelente video que muestra el estado del anillo de vórtice, usando un helicóptero con un rociador, rociando una neblina de agua para visualizar el flujo de aire alrededor de los rotores. Aproximadamente a las 2:28 en el video, ese helicóptero entra en estado de anillo de vórtice, y puede ver exactamente lo que sucede con el flujo de aire sobre los rotores.

Cuando el helicóptero desciende demasiado rápido con poca o ninguna velocidad de avance, la corriente descendente se enrosca y rompe el flujo de aire en la parte superior de los rotores. El resultado final es muy similar a romper el flujo de aire sobre el ala de un avión, como un avión con una velocidad de avance insuficiente y un alto ángulo de ataque... mata la mayor parte de la sustentación. Esencialmente, las palas se paran y el helicóptero cae aún más rápido.

Tirar hacia arriba del colectivo haría lo mismo que tirar de la palanca hacia atrás en un avión averiado... simplemente empeoraría una mala situación.

La solución es salir del flujo de aire turbulento, ya sea inclinando el helicóptero hacia adelante o, en el video que muestra la técnica de Vulchard, inclinándolo hacia un lado. Como puede ver en el video, el helicóptero se recupera con bastante rapidez y la neblina ilustra cómo la inclinación hacia un lado restablece un flujo de aire suave en la parte superior de los rotores, lo suficiente como para detener el descenso demasiado rápido.

O, como señala Simon... la mejor solución es conocer su avión y no permitir que entre en VRS en primer lugar... al igual que con los aviones de ala fija, le recomendamos que no deje que entre en un condición estancada.

La imagen de arriba de la izquierda de J. Gordon Leishman, Principios de aerodinámica de helicópteros, representa el estado del anillo de vórtice donde la estela debajo del rotor se vuelve a ingerir encima. De hecho, una situación peligrosa, ya que agregar potencia puede resultar en velocidades de vórtice más altas solamente.

En la sección 5.3 del libro de Leishman se puede encontrar una discusión más detallada del VRS. Se proporciona una cuantificación como pérdida de potencia inducida en VRS: los datos medidos muestran un factor de pérdida de potencia de casi 2 en algunas circunstancias, y aquí radica uno de los problemas al tratar de recuperarse agregando potencia. El motor simplemente no está dimensionado para hacer frente a una pérdida de potencia tan efectiva.

Otro problema es la fluctuación del flujo, que genera fluctuaciones en el empuje de hasta un 40 % según la carga del disco:

El VRS está acompañado por un campo de flujo extremadamente inestable (aperiódico) que rodea el rotor.

En general, es una situación peligrosa en la que estar, ya que las fluctuaciones de flujo se asocian con una pérdida de previsibilidad. Es mejor evitarlo, aunque uno de los métodos para recuperarse es reducir el ángulo de ataque del rotor:

Observe que las fluctuaciones caen rápidamente a medida que el AoA del disco disminuye por debajo de 50° y es consistente con la experiencia de pilotaje en helicópteros, lo que muestra que un componente de velocidad de avance hace que el rotor salga rápidamente del VRS.

Después de ajustar los controles de vuelo de un simulador de helicóptero CH-53 y hacer un viaje de prueba, inadvertidamente puse el simulador en un VRS en el aire de montaña que rodea la base aérea modelada. El instructor me dijo que diera el lateral izquierdo completo, que esperara a que el helicóptero alcanzara un ángulo de balanceo considerable, luego el lateral derecho completo, luego el medio otra vez; luego recupere la posición horizontal mientras presiona el cíclico hacia adelante. De hecho, el movimiento lateral inicial cambió el AoA del disco lo suficiente como para salir del VRS con bastante rapidez.

Sin embargo, no sé si esto se enseña como una práctica de recuperación en el helicóptero real, o si solo funciona en el simulador (militar de alta fidelidad).

Hay cuatro factores: baja velocidad aerodinámica inferior a 20 nudos, potencia parcial, alta velocidad de descenso superior a 300-500 pies/minuto y ángulo pronunciado de descenso superior a 30 grados. De alguna manera, la aeronave tiene que descender, ya sea asentándose u otros medios a más de 30 grados. Quite cualquiera de estos cuatro elementos y VRS no será posible.